브러시리스 DC 모터란?

 

A 브러시리스 DC 모터(BLDC)모터바디와 드라이버로 구성된 대표적인 메카트로닉스 제품입니다. 브러시도 없고 정류자(또는 컬렉터 링)도 없기 때문에 "정류자 없는 모터"라고도 합니다.

 

브러시리스 모터의 역사는 19세기로 거슬러 올라갑니다. 당시 미국의 발명가인 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 1887년에 비동기 모터를 발명했습니다. 일부에서는 비동기 모터를 "브러시리스 모터의 전신 중 하나"라고 부르기도 하지만, 당시의 기술적 한계로 인해 모터 개발은 상대적으로 더디게 진행되었습니다. . 19세기 중반이 되어서야 트랜지스터의 발명과 응용으로 모터 기술에 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 기존의 브러시 및 정류자 대신 트랜지스터 정류 회로를 사용하여 전자 정류 DC 모터가 공식적으로 탄생했습니다. 이 새로운 브러시리스 모터는 비동기식 모터의 기술적 결함을 극복할 뿐만 아니라 효율성과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

 

오늘날 브러시리스 DC 모터는 고효율, 낮은 유지 보수 및 긴 수명이라는 장점으로 인해 전동 공구, 가전 제품 및 산업 자동화 분야에서 널리 사용됩니다.

 

 

1. 속도 조절 모드

브러시리스 모터는 기존 모터를 대체할 수 있습니다.브러시드 DC 모터속도 조절을 위해 인버터 + 인버터 모터 또는 비동기 모터 + 감속기의 속도 조절 시스템을 교체할 수도 있습니다. 별도의 변속기 장비가 필요하지 않으며 효율적인 속도 조절을 직접적으로 구현합니다.

 

2. 카본 브러쉬와 슬립링 구조

브러시 모터는 카본 브러시와 슬립 링을 사용하여 전기 에너지 전달을 구현하며, 이러한 부품은 사용함에 따라 마모되어 유지 관리 작업이 늘어납니다. 반면에 브러시리스 모터는 카본 브러시와 슬립 링 구조를 제거하여 이러한 구성 요소의 마모를 제거하고 모터의 수명과 신뢰성을 향상시킵니다.

 

3. 저속, 고출력 작동

브러시리스 모터는 저속에서 높은 출력을 낼 수 있고 감속기 없이 큰 부하를 직접 구동할 수 있어 기계 장비의 복잡성과 크기를 줄일 수 있습니다.

 

4. 부피와 무게

브러시리스 모터는 작고 가벼우면서도 출력이 매우 높아 휴대용 및 소형 장치에 유리합니다.

 

5. 토크 특성

브러시리스 모터는 특히 저속 및 중속에서 탁월한 토크 특성을 가지고 있습니다. 높은 시동 토크와 낮은 시동 전류 덕분에 빈번한 시동과 정지가 필요한 애플리케이션 시나리오에 적합합니다.

 

6. 속도 조절 및 과부하 용량

브러시리스 모터는 무단 속도 조절 기능, 광범위한 속도 조절 기능을 갖추고 있으며 다양한 복잡한 작업 조건에 적응할 수 있는 강력한 과부하 용량을 갖추고 있습니다.

 

7. 시동 및 제동 특성

우수한 소프트 스타트 및 소프트 스톱 특성을 갖춘 브러시리스 모터는 기존의 기계적 또는 전자기 제동 장치가 필요하지 않아 시스템의 복잡성을 더욱 단순화할 수 있습니다.

 

8. 효율성과 에너지 절약

브러시리스 모터는 카본 브러시나 여기 손실이 없기 때문에 매우 효율적입니다. 동시에 브러시리스 모터를 사용하면 다단계 속도 감소가 필요하지 않으므로 총 절전 효과는 20%~60% 또는 그 이상일 수 있습니다.

 

9. 신뢰성과 안정성

브러시리스 모터는 안정적이고 수리 및 유지 관리가 쉽고 적응력이 뛰어나며 울퉁불퉁하고 진동이 심한 환경과 같은 다양한 열악한 환경에서도 잘 작동합니다.

 

10. 소음과 수명

브러시리스 모터는 진동과 소음이 적고 조용하고 부드럽게 작동하며 마모되는 카본 브러시가 없기 때문에 브러시 모터보다 수명이 더 깁니다.

 

11. 스파크와 폭발성

브러시 모터는 카본 브러시와의 접촉으로 인해 스파크가 발생할 수 있는 반면, 브러시리스 모터는 이러한 문제가 없으며 특히 폭발 방지가 필요한 위치에 적합합니다. 또한 성능을 더욱 최적화하기 위해 필요에 따라 사다리꼴 또는 정현파 자기장을 갖춘 브러시리스 모터를 선택할 수 있습니다.

 

 

브러시리스 DC 모터의 기본 개념과 장점을 이해한 후에는 작동 방식도 이해해야 합니다. 기존 브러시 모터와 달리 전자 제어 시스템을 사용하여 전류와 정류를 조절하여 로터를 구동합니다. 다음은 브러시리스 DC 모터의 작동 방식과 주요 구성 요소에 대한 소개입니다.

 

1. 전자 정류 시스템

브러시리스 DC 모터의 주요 특징은 기존 모터에서 볼 수 있는 브러시와 기계식 정류자가 없다는 것입니다. 대신 PCB 어셈블리로 제어되는 전자 정류 시스템이 있습니다. 로터의 위치에 따라 전류의 방향을 전환하여 로터의 지속적인 회전을 가능하게 하는 시스템입니다. 로터의 위치는 일반적으로 홀 센서 또는 기타 위치 감지기를 통해 모니터링되며 전자 컨트롤러는 센서 신호에 따라 권선 전류를 지속적으로 조정합니다.

 

2. 고정자-회전자 상호작용

브러시리스 DC 모터의 고정자는 고정되어 있으며 고정자 코어와 그 주위에 감겨진 권선으로 구성됩니다. 전류가 권선을 통과하면 회전 자기장이 생성됩니다. 고정자에 의해 생성된 이 자기장은 회전자에 있는 자석(영구자석)과 상호 작용하여 회전자를 구동합니다.

 

고정자:고정자 권선은 전자 정류 컨트롤러에 의해 구동되는 전류와 함께 회전하는 전자기장을 생성합니다.

 

축차:로터는 자석과 로터 코어로 구성됩니다. 고정자의 전자기장이 변하면 회전자의 영구자석이 인력과 척력을 받아 회전하기 시작합니다.

 

3. 주요 운영 단계

시작:전류가 고정자 권선을 통과할 때 고정자 권선에 의해 생성된 자기장은 회전자의 영구 자석과 상호 작용하여 회전자가 회전하기 시작하는 토크를 생성합니다. 브러시리스 모터는 시동 토크가 높고 시동 전류가 상대적으로 낮습니다.

 

무부하 작동:외부 부하가 없을 때 모터는 높은 효율로 작동하고 전자 컨트롤러는 센서 피드백에 따라 권선의 전류를 조정하여 회전자가 꾸준히 회전하도록 합니다.

 

부하가 걸린 상태에서 실행 중:모터가 부하에 연결되면 로터는 부하를 극복하기 위해 더 많은 토크를 생성합니다. 전자 정류자는 부하 변화에 따라 전류를 자동으로 조정하여 모터가 다양한 부하에서 원활하게 작동하도록 보장합니다.

 

4. 토크 특성 및 속도 조절

브러시리스 DC 모터는 특히 저속 및 중속에서 탁월한 토크 특성을 제공합니다. 무단 속도 조절 기능과 넓은 속도 범위로 인해 모터는 다양한 속도에서 안정적인 토크 출력을 유지할 수 있습니다. 이 기능 덕분에 BLDC 모터는 산업 자동화, 전동 공구 등 고정밀 제어가 필요한 광범위한 애플리케이션에 적합합니다.

 

5. 전자제어의 장점

기존 모터의 카본 브러시와 정류자를 대체하는 전자 정류 시스템으로 인해 BLDC 모터의 수명과 효율이 크게 향상됩니다. 모터에는 마모되는 브러시가 없으므로 유지 관리 요구 사항이 줄어들 뿐만 아니라 소음과 전자기 간섭도 줄어듭니다. 또한 전자식 컨트롤러를 적용해 소프트 스타트와 소프트 스톱이 가능해 모터 작동이 더욱 원활해지고 기계구조에 미치는 영향도 줄어든다.

 

 

브러시리스 DC 모터의 제조 공정에서 주요 구성 요소의 조립은 모터의 효율적인 작동을 보장하는 기초입니다. 다음은 당사(VSD) 내부 로터 브러시리스 DC 모터 중 하나의 일반적인 구조 및 제조 공정입니다.

 

주요 구성품 소개

1. 전면 엔드 커버 2. 하우징 3. 권선 4. 고정자 코어

5. 영구 자석 6. 로터 코어 7. 후면 권선 보빈 및 전면 권선 보빈 8. PCB 어셈블리

9. 전면 베어링 및 후면 베어링 10. 후면 엔드 커버 11. 샤프트 12. 스페이서 및 고정 링

 

제조 공정

고정자 조립 조립

먼저 고정자 코어를 하우징에 고정한 후 고정자 코어에 권선을 감은 후 전후 권선 보빈을 이용하여 권선을 고정함으로써 코일이 깔끔하게 정렬되어 외부 진동이나 마찰에 영향을 받지 않도록 합니다. 권선이 완료된 후 PCB 어셈블리가 연결되어 모터의 전류 조절 및 제어를 지원합니다.

 

로터 어셈블리 어셈블리

영구 자석이 로터 코어에 설치되어 단단히 고정됩니다. 회전자 코어는 샤프트에 고정되어 영구 자석과 고정자 권선 사이의 정확한 간격을 보장하여 자기장의 효과적인 작용을 보장합니다.

 

베어링 및 기타 지지대 조립

모터 샤프트의 원활한 회전을 지지하기 위해 프론트 엔드 캡과 리어 엔드 캡에 프론트 및 리어 베어링을 설치합니다. 또한 베어링과 기타 부품이 느슨하지 않고 안전하게 고정되도록 스페이서와 스냅 링을 제자리에 설치하십시오.

 

기계 조립 완료

케이스, 고정자, 회전자, 샤프트, 전면 및 후면 엔드캡을 순서대로 조립합니다. 각 부품이 단단히 고정되어 있는지 확인하십시오. 특히 모터의 효율적인 작동을 위해서는 고정자와 회전자 사이의 간격을 정밀하게 조정해야 합니다.

 

테스트 및 디버깅

모터 조립 후 무부하 테스트, 부하 테스트, 토크 특성 테스트 등 모터 작동 테스트를 거쳐 모터가 설계 요구 사항을 충족하고 이상 없이 원활하게 작동하는지 확인합니다.

 

 

잘 만들어진 Brushless DC 모터의 올바른 작동과 안정적인 성능을 보장하기 위해서는 모터의 상태를 주기적으로 점검하는 것이 필요합니다. 다음은 브러시리스 DC 모터를 점검하는 일반적인 방법입니다.

 

1. 무부하 테스트

무부하 테스트는 외부 부하가 연결되지 않은 상태에서 브러시리스 DC 모터의 작동을 확인하여 모터가 제대로 시작되고 작동하는지 확인하는 것입니다. 단계는 다음과 같습니다:

 

테스트 단계:

외부 부하를 유지하면서 모터를 드라이브 전원 공급 장치에 연결하십시오.

 

입력 전압을 점차적으로 높여 모터가 원활하게 시동되는지 관찰하십시오.

 

모터 속도와 운전 전류를 모니터링하여 모터 속도와 전류가 정격 전압의 정상 범위에 있는지 확인합니다.

 

체크포인트:

모터가 전체 전압 범위에서 원활하게 작동합니까?

 

시동 시 이상한 소음이나 과열이 발생합니까?

 

무부하 전류가 기술 요구 사항을 충족하는지 여부, 무부하 전류가 너무 크면 권선이나 회로에 결함이 있음을 나타낼 수 있습니다.

 

2. 부하 테스트

부하 테스트는 부하가 걸린 모터의 성능을 확인하여 설계 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인하는 것입니다. 구체적인 작업은 다음과 같습니다.

 

테스트 단계:

드라이브, 장비 또는 테스트 장비와 같은 외부 부하에 모터를 연결합니다.

 

다양한 부하 조건에서 모터를 작동하고 모터의 속도, 토크 및 전류를 기록합니다.

 

점차적으로 부하를 증가시키고 다양한 부하 하에서 모터의 반응과 안정성을 관찰하십시오.

 

체크포인트:

모터가 정격 부하에서 지속적으로 원활하게 작동할 수 있는지 여부.

 

부하가 증가하면 모터 전류와 토크가 예상대로 변합니까?

 

비정상적인 진동, 과열, 소음이 발생하는지 확인하고 부하에 따라 모터의 성능이 저하되지 않는지 확인하십시오.

 

3. 토크 특성 시험

토크 특성화 테스트는 모터가 시동 및 작동 중에 충분한 전력을 제공할 수 있는지 확인하기 위해 다양한 속도에서 브러시리스 DC 모터의 토크 출력을 평가하는 것입니다.

 

테스트 단계:

토크 측정 장비를 사용하여 다양한 속도와 부하에서 모터의 토크 출력을 모니터링합니다.

 

모터의 시동 토크를 테스트하여 낮은 시동 전류에서도 토크가 충분한지 확인하십시오.

 

저속 및 중속 작동에서 모터의 토크 특성을 테스트하여 설계 요구 사항이 충족되는지 확인합니다.

 

체크포인트:

장비가 원활하게 시동될 수 있도록 시동 중 시동 토크가 충분한지 여부.

 

저속 및 중속에서 토크가 안정적으로 유지되는지, 장기간 모터의 작동 조건에 적합한지 여부.

 

테스트 중에 불안정한 토크 출력이 발생하는지 여부는 권선 또는 제어 회로 고장과 관련이 있을 수 있습니다.

 

위의 세 가지 테스트를 통해 기본적으로 브러시리스 DC 모터의 성능을 포괄적으로 이해하여 다양한 작동 조건에서 안정적이고 안정적으로 작동할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 정기적인 검사는 잠재적인 문제를 적시에 발견하고 모터의 서비스 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.